PT106217B - Sistema de interação de equipamentos remotos em centros emissores de radiodifusão - Google Patents

Abstract

O PRESENTE INVENTO REFERE-SE A UM SISTEMA PARA ATUAR E MONITORIZAR REMOTAMENTE ESTAÇÕES DE RADIODIFUSÃO. A SUA ARQUITETURA, BASEADA NUM DISPOSITIVO ELETRÓNICO PROGRAMÁVEL COM CONECTIVIDADE AO EXTERIOR POR INTERMÉDIO DE RADIOFREQUÊNCIA, TORNA A INVENÇÃO COMPLETAMENTE INDEPENDENTE DE EQUIPAMENTOS PERIFÉRICOS E PERMITE A MONITORIZAÇÃO E O CONTROLO REMOTO DOS CENTROS EMISSORES DE RADIODIFUSÃO A PARTIR DE UM TERMINAL MÓVEL (E.G. TELEMÓVEL). OS EQUIPAMENTOS EXISTENTES NO MERCADO APENAS CONSIDERAM, POR CONSTRUÇÃO, UM SENTIDO DE INTERAÇÃO: OU ATUAM NO CENTRO EMISSOR OU MONITORIZAM O CENTRO EMISSOR. O SISTEMA APRESENTADO NESTE DOCUMENTO PERMITE ATUAR REMOTAMENTE NOS CENTROS DE RADIODIFUSÃO E PERMITE RECEBER MONITORIZAÇÃO AUTOMÁTICA DE ALARMES OU INFORMAÇÕES DO ESTADO DO CENTRO DE RADIODIFUSÃO. ESTE EQUIPAMENTO COMPREENDE UMA ESTRUTURA QUE PARTINDO DE UM MICROPROCESSADOR (1) GERE UM CONJUNTO DE PERIFÉRICOS (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 E 13) EM ATUAÇÃO E MONITORIZAÇÃO. O MODEM DE RADIOFREQUÊNCIA (2) ESTABELECE A COMUNICAÇÃO ENTRE O TERMINAL REMOTO (E.G. TELEMÓVEL) E O SISTEMA ALARMBOX. UM MOSTRADOR ELETRÓNICO (3) PERMITE VISUALIZAR NO LOCAL O ESTADO DO SISTEMA. UM CIRCUITO INTEGRADO (4) ESPECIALIZADO NA RECEÇÃO E NA DESMODULAÇÃO DE SINAIS DE RÁDIO, NAS BANDAS COMERCIAS ASSOCIADAS ÀS SIGLAS FM (FREQUENCY MODULATION), AM (AMPLITUDE MODULATION), SW (SHORT WAVE), LW (LONG WAVE), ESTÁ CONECTADO AO MICROPROCESSADOR (1) E AO MODEM DE RADIOFREQUÊNCIA (2). ESTA ASSOCIAÇÃO PERMITE SINTONIZAR ESTE RECETOR REMOTAMENTE, REALIZAR A ANÁLISE AUTOMÁTICA DO SINAL DE ÁUDIO LOCALMENTE E ENVIAR O SINAL DE ÁUDIO PARA ANÁLISE REMOTA VIA MODEM DE RADIOFREQUÊNCIA (2). AO MICROPROCESSADOR ESTÁ CONECTADO UM ÓRGÃO DE ARMAZENAMENTO PERMANENTE DE DADOS (5) COM A FINALIDADE DE REGISTAR OS ESTADOS SUCESSIVOS DO SISTEMA, PARA EVENTUAL POSTERIOR ANÁLISE. EXISTE NO SISTEMA UM BLOCO DE INTERFACE DE ENTRADAS DE TENSÕES EXTERNAS (6) E UM BLOCO DE INTERFACE DE SAÍDAS PARA ATUAÇÃO EXTERNA (7). ESTAS INTERF ACES (6, 7) SÃO GERIDAS LOCALMENTE E/OU REMOTAMENTE. O SISTEMA POSSUI UMA FONTE COMUTADA DE ALIMENTAÇÃO EM TENSÃO (9) CONTÍNUA PARA O FORNECIMENTO DE ENERGIA AO CONJUNTO DE DISPOSITIVOS DO SISTEMA. EXISTE UMA UNIDADE DE BOTÕES (10) LOCAIS PARA INTERVENÇÕES DIRETAS AO SISTEMA, UM SENSOR DE TEMPERATURA AMBIENTE (11), UM TRANSDUTOR ACÚSTICO (12), E UM CANAL DE COMUNICAÇÃO LOCAL USB (UNIVERSAL SERIAL BUS)(13). O MICROPROCESSADOR (1) REALIZA CONTINUAMENTE UMA OPERAÇÃO DE ANÁLISE AO SINAL DE ÁUDIO PROVENIENTE DO CIRCUITO INTEGRADO RECETOR DE ÁUDIO (4). ESTA ANÁLISE ESTÁ BASEADA EM ESTATÍSTICA DE 2.ª ORDEM E ESTABELECE O DESIGNADO DETETOR DE SILÊNCIO (8).

Description

Descrição

Processo e Sistema integrado de gestão de centros emissores de radiodifusão

Área técnica da invenção

Os centros emissores encontram-se dispersos por todo o país e, em muitos casos, em locais de difícil acesso o que dificulta as tarefas de manutenção/reparação associadas a este tipo de instalações. Por outro lado, o histórico de avarias demonstra que, na grande maioria dos casos, são avarias simples, que poderiam ser resolvidas através de uma intervenção remota reiniciando o equipamento em falha. As deslocações aos locais para este tipo de intervenção têm, pois, custos associados elevados e poderiam ser evitadas através da utilização de equipamento adequado.

equipamento aqui apresentado enquadra-se neste cenário pois permite a realização de diversas ações de monitorização e controlo, remotamente (telecontrolo), a partir de um equipamento com possibilidade de acesso remoto (o tipo de terminal depende de (2)).

A utilização destes equipamentos permite garantir a qualidade do serviço de rádio difusão e reduzir significativamente os tempos de resposta do técnico de manutenção.

Mais ainda, a sua arquitetura permite adaptá-lo à utilização em outros cenários onde a monitorização e controlo remoto seja necessária.

Neste âmbito, e de forma mais ampla, o invento é situado numa área de telecontrolo com recurso à área da computação, à área da eletrónica e à área da radiofrequência.

Num âmbito técnico mais focado, o núcleo funcional do dispositivo tem como base um procedimento de análise de sinal, o designado detetor de silêncio (8, 19, 19.1, 19.2, 19.3, 19.4, 20, 21, 22, 23, 24), que mostra ser eficaz na deteção de múltiplos cenários anómalos no que ao áudio concerne.

Estado da técnica

Os equipamentos atualmente disponíveis para a gestão destes centros emissores não permitem realizar, simultaneamente, as tarefas de monitorização e controlo. Os equipamentos existentes ou permitem realizar a monitorização do posto ou o seu controlo. Este facto implica algumas dificuldades na interligação dos dois sistemas e, muitas das vezes, obriga a redundância de equipamentos (e.g. modem GSM) o que contribui para um aumento desnecessário dos custos associados. Mais, algumas funcionalidades importantes para a monitorização não vêm integradas (e.g. escuta do áudio) o que limita a ação do gestor.

Os equipamentos atualmente disponíveis não permitem realizar a análise automática da qualidade do sinal de áudio com consequente difusão de alertas sobre o estado desse sinal e intervenções de recuperação autónoma.

Descrição da concretização

Fazendo referência à figura 1 e à figura 2, vai ser agora descrita a concretização realizada do invento. 0 dispositivo é constituído por diversos blocos funcionais integrados numa única placa de circuito impresso (board), aqui designada por AlarmBox (17).

bloco funcional (1) é formado por um microprocessador que tem como função adquirir e processar toda a informação necessária por forma a controlar os dispositivos da central de radiodifusão (15). Para tal possui um bloco de lhe permite obter o estado de distintos e um bloco de 8 saídas entradas digitais (6) que até 8 sinais/dispositivos (7) a relê que lhe permite controlar 8 dispositivos diferentes. 0 microprocessador controla um modem de radiofrequência (2) (e.g. modem GSM/GPRS) usado para a receção de comandos remotos e para o envio de alterações ocorridas ao estado do sistema. Controla ainda um recetor de rádio nas bandas comerciais AM/FM-LW/SW (4) que permite realizar a monitorização do sinal áudio emitido pela estação de radiodifusão (15). Controla um bloco de registo de estados (5) que regista em suporte de memória não volátil (e.g. cartão micro SD) todos os eventos ocorridos no sistema, assim como os dados de configuração. Controla um mostrador eletrónico (3) (e.g. LCD) que é usado para a visualização local dos eventos ocorridos e outras informações relevantes como a data, hora, estação sintonizada, características dos sinais do modem de radiofrequência, do recetor de rádio e da temperatura do local.

As entradas digitais (6) são continuamente observadas pelo microprocessador. Qualquer alteração surgida em qualquer uma destas entradas é registada e comunicada através de mensagens, usando o modem de radiofrequência (2), a todos os utilizadores registados na estação com permissões para a receção destas mensagens.

As saídas são usadas para controlar o estado dos dispositivos a elas conectados de acordo com os comandos recebidos através do modem integrado (2), apenas respondendo aos utilizadores com permissões para alterar o seu estado.

É importante realçar que as permissões dos utilizadores são programáveis de duas formas: remotamente ou localmente. A programação local é realizada através de uma aplicação de software suportada por um computador pessoal (16) que comunica com o dipositivo através de uma ligação USB (13). A programação remota é estabelecida através de mensagens enviadas ao dispositivo e rececionadas pelo modem de radiofrequência (2). A definição inicial é sempre realizada localmente. As permissões possíveis de serem usadas dizem respeito ao tipo de utilização que cada usuário poderá fazer da estação. Assim, existem utilizadores que apenas podem rececionar as mensagens de aviso e utilizadores que, para além, de receber estas mensagens podem atuar sobre a estação. A atuação inclui as alterações no módulo das saídas (7), dos utilizadores registados, das permissões associadas e ainda das configurações do recetor integrado de rádio (4). Neste último incluem-se a alteração da banda e a frequência sintonizada.

registo dos utilizadores e das permissões associadas são guardados em suporte de armazenamento permanente (5) em formato adequado ao tipo de informação.

modem de radiofrequência (2) é usado para comunicar com os utilizadores registados. Todas as mensagens enviadas pelo dispositivo possuem um identificador e obedecem a uma formatação bem definida que permite identificar o dispositivo de envio, bem como o tipo de ocorrência (pode ser a alteração do estado de uma entrada ou saída, alteração das caracteristicas da estação de rádio sintonizada, entre outras). As mensagens recebidas pelo dispositivo desenvolvido obedecem a uma sintaxe bem definida por forma a serem validadas pelo sistema. A sintaxe inclui o tipo de COMANDO (configuração do rádio, configuração de utilizadores, alteração de saídas, obtenção do estado das entradas, entre outros) seguido de PARÂMETROS adicionais no caso de o comando os permitir ou de ? no caso de ser um comando de pedido de informação apenas, seguido ainda da PASSWORD associada ao dispositivo. Cada mensagem é terminada por um caracter bem definido, no caso o 1. Todas as mensagens que não sigam esta estrutura não são reconhecidas pelo sistema, pelo que não serão desencadeadas quaisquer ações de resposta. No entanto, são registadas no ficheiro de eventos como um evento ocorrido.

bloco recetor de rádio (4) permite a sintonização da estação de rádio que se pretende monitorar. É configurado a partir do microprocessador (1) de acordo com as indicações fornecidas pelos utilizadores com permissões para tal ou, localmente, através da aplicação de software desenvolvida para o efeito. As configurações incluem a definição da banda e da frequência, entre outras. Além disso, fornece, mediante solicitação, informações sobre a qualidade do sinal recebido e a informação RDS (Radio Data System) associada à estação sintonizada (no caso de existir). Estas informações são usadas nas mensagens enviadas aos utilizadores sempre que seja realizado um pedido a solicitar a informação de rádio e são apresentadas localmente no mostrador (3). 0 recetor (4) permite ainda o acesso ao sinal desmodulado que depois é usado pelo detetor de silêncio (8, 19, 19.1, 19.2, 19.3, 19.4, 20, 21, 22, 23, 24) para deteção de problemas relacionados com o sinal de áudio (e.g. ruído, silêncio, deslocamento da portadora, padrões de áudio repetitivos). A análise do sinal de áudio é realizada no microprocessador (1) através da observação de descritores estatísticos que permitem caracterizar o sinal e detetar os problemas de áudio referidos. Sempre que são detetados problemas com o áudio são enviadas mensagens de alarme, através do modem de radiofrequência (2), aos utilizadores registados com permissão de receção. A verificação do sinal de áudio pode desencadear ações autónomas de assistência e recuperação local ao sistema (25). 0 sinal de áudio é ainda usado no estabelecimento de comunicações de voz através do modem de radiofrequência (2) para comprovação remota da qualidade do sinal de áudio da estação rádio sintonizada.

bloco de armazenamento (5) permite armazenar todos os registos de configuração do sistema (como os utilizadores registados e as permissões associadas, configurações de rádio, etc.) em ficheiro assim como realizar o armazenamento de todos os eventos ocorridos. Além disso realiza o registo da temperatura. Para assegurar que os ficheiros não são destruídos por alguma falha do sistema, é mantido uma reserva (backup) de cada ficheiro por forma a garantir a sua recuperação em caso de falha.

dispositivo possui um sensor de temperatura (11) integrado que permite monitorizar a evolução da temperatura do local e registá-la em ficheiro no suporte (5).

Existe ainda um módulo (10) constituído por botões de pressão que permite a interação local com o utilizador e que pode ser usado na programação direta do sistema sem necessidade de recorrer a outro dos mecanismos de programação referidos anteriormente.

O dispositivo AlarmBox (17) integra ainda um transdutor acústico (12) usado para acionar um sinal de alarme local que assinala a ocorrência de situações anómalas.

O bloco (9) permite realizar a alimentação de todo o sistema fornecendo todos os níveis de tensão necessários ao funcionamento dos diversos componentes que o integram.

bloco correspondente ao designado detetor de silêncio (8) tem a capacidade de assinalar anomalias no sinal de áudio (25), tais como: falta de amplitude; deslocamento na frequência portadora; existência de ruído aleatório no sinal de interesse; existência de padrões repetitivos de áudio provenientes de anomalias nos canais de difusão. Na sua essência este bloco deteta estabilizações nas amplitudes de pico dos sinais de áudio a uma escala temporal de 20ms (19). Sinais de ruído e sinais padronizados, provenientes de anomalias nas fontes de áudio, são tendencialmente caracterizados por possuírem amplitudes de pico estáveis a escalas temporais de 20ms. Em oposição, sinais de música e de voz apresentam variações significativas nas suas amplitudes de pico a escalas temporais superiores a 20ms.

procedimento que permite detetar, automaticamente, a existência de anomalias no sinal de áudio começa por discretizar, do domínio analógico para o domínio digital, o sinal presente numa entrada analógica do microprocessador (1) e que provêm do módulo de receção de rádio(4) ou de linhas de entradas externas. A amostragem deste sinal é realizada a uma frequência de 1000Hz em janelas temporais de 10 segundos. Assim, durante um período de 10 segundos são registados em memória volátil, contida no microprocessador, 10000 amostras de sinal de áudio (18 e 19.1).

Este sinal com 10000 amostras (18 e 19.1) é, primariamente, processado por um bloco detetor de pico (19.2) com um decaimento temporal controlado por um integrador de perda, ou leaky. 0 integrador leaky é regulado para garantir um decaimento de 50% da amplitude do sinal no final dos 20ms. Isto implica parametrizar o integrador com um valor de perda por amostra igual a 4% (19.2).

valor de saída (19.4) do bloco detetor (19) é obtido da seguinte forma: se a amostra de índice t (na entrada do bloco detetor) tiver uma amplitude superior ou igual à amostra de índice t-1 na saída do detetor, então a saída do detetor de pico será atualizada ao valor da amostra de índice t (19.3); se a amostra de índice t (na entrada do bloco detetor) tiver um valor inferior à amostra de índice t-1 (na saída do detetor), então a saída do detetor de pico será atualizada ao valor de saída do integrador leaky (19.2). 0 valor de entrada do integrador leaky, no instante t, é sempre igual ao valor de saída do bloco detetor no instante t-1 conduzindo a uma realimentação inerente ao integrador leaky quando a amostra de índice t (na entrada do bloco detetor (19.1)) tiver um valor inferior à amostra de índice t-1 (na saída do detetor (19.4)).

Sobre as novas 10000 amostras (saídas do detetor de pico) (19.4) são calculados a média (20) e o desvio padrão (21). 0 valor da média é relacionado com o valor do desvio padrão através de uma operaçao aritmética de divisão (22) (média a dividir pelo desvio padrão).

Experimentalmente, com base em 100 exemplos de sinais anómalos e não anómalos e com recurso a curvas ROC, foram determinados os valores limiares que permitem classificar o conteúdo da janela de lOs como anómalo ou não anómalo, em diversas situações e com taxas de falsos positivos e de falsos negativos baixas.

Se o resultado da divisão referida for superior a 14.1 (22) ou o valor da média inferior a 0.1 (23) o sistema irá marcar o conteúdo da janela como anómalo. Caso contrário, o conteúdo da janela será marcado como não anómalo. Esta classificação é efetuada em (24) mediante os resultados das operações realizadas em (22) e em (23).

Com o intuito de aumentar a minimização do erro de classificação são consideradas 12 janelas de 10 segundos cada. O assinalar de uma anomalia no sinal de áudio apenas será efetivado se todas as 12 janelas, consequentes, forem marcadas com a classificação de anómalas.

A utilização de janelas de amostras permite também considerar a análise para mais do que uma estação de rádio utilizando um único módulo recetor. Para duas frequências portadoras fl e f2 (duas estações) são intercaladas janelas nesta análise, tal que a janela i ficará atribuída ao sinal da portadora fl, a janela i+1 ficará atribuída à portadora f2, a janela i+2 ficará atribuída à portadora fl, a janela i+3 ficará atribuída à portadora f2, e assim sucessivamente até cada portadora perfazer 6 janelas (metade de 12). O sincronismo na sintonia do módulo de receção e as respetivas amostragens são garantidos pelo microprocessador (1).

Bragança, 10 de fevereiro de 2014

Claims (7)

1 - Processo integrado de gestão de centros emissores de radiodifusão, caracterizado por:

- amostragem a uma frequência de 1000Hz do sinal de áudio a analisar (18) através do conversor analógico digital integrado no microprocessador (1), transferência para memória volátil, contida no microprocessador (1), 10000 amostras de valores instantâneos do sinal de áudio correspondentes a um período temporal de 10 segundos (19.1), referido por janela,

- sujeição das amostras contidas na janela temporal a um detetor de envolvente de sinal (19),

- regulação de um integrador de perda para garantir um decaimento de 50% da amplitude do sinal no final de 20ms, implicando uma parametrização do integrador de um valor de perda por amostra igual a 4% do sinal (19.2),

- colocação do valor de saída do detetor de pico (19.4) ao mesmo valor que a sua entrada, se a amostra de índice t (amostra no instante t na entrada do bloco detetor de pico) tiver uma amplitude superior ou igual ã amostra de índice t-1 na saída do detetor, correspondente ao modo de ativação do seguidor, através de um seguidor de sinal (19.3),

- cálculo, sobre as novas 10000 amostras, saídas do detetor de pico (19.4), da média (20) e do desvio padrão (21),

- relacionamento do valor da média (20) com o valor do desvio padrão (21) através de uma operação aritmética de divisão, média a dividir pelo desvio padrão (22),

- verificação de se o valor obtido na divisão da média pelo desvio padrão é superior a 14.1 (22) ou o valor médio é inferior a 0.1 (23) e, caso o seja, classificação da janela de amostragem respetiva com a indicação de evento anómalo (24),

- execução de avaliação a 12 janelas de amostragem consecutivas (24) e se todas apresentarem uma classificação de anomalia, o sistema assinala um evento de alarme e correção ao sinal de áudio (25).

2 — Processo de acordo com a reivindicação 1, em que no caso de a amostra de índice t (amostra no instante t na entrada do bloco detetor de pico (19.4)) tiver um valor inferior â amostra de indice t-1 (amostra no instante anterior na saida do detetor de pico (19.4)), então a saida do detetor de pico (19.4) será atualizada ao valor de saida do integrador de perda (19.2).

3 - Processo de acordo com a reivindicação 1, em que se fraciona a análise em dois grupos de janelas de amostragem, fazendo corresponder a janelas intercaladas ciclicamente, sinais de áudio de estações de radiodifusão com diferentes portadoras, determinando a anomalia do sinal de uma estação difusora sempre que encontradas 6 janelas consecutivas anómalas (metade de 12).

4 - Sistema integrado de gestão de centros emissores de radiodifusão, que executa o processo conforme descrito nas reivindicações 1 a 3 caracterizado por compreender uma estrutura que, partindo de um microprocessador (1) , gere um conjunto de periféricos (2, 3, 4,

5,

6,

7, 8, 9, 10, 11, 12, 13), em atuação e/ou monitorização, composto pelo modem de radiofrequência (2) para estabelecer a comunicação com o exterior, telemóvel (14) ou PC, (16), um mostrador (3) para visualizar no local o estado do sistema, um circuito integrado (4) para desmodular e fornecer os sinais de rádio, nas bandas FM, AM, SW, LW, ao analisador de áudio integrado no microprocessador e a um ouvinte remoto, um órgão de armazenamento permanente de dados (5) com a finalidade de registar os estados sucessivos do sistema, um bloco de interfaces de entradas de tensões externas e contactos (6), um bloco de interfaces de saídas para atuação externa (7), uma fonte comutada de alimentação em tensão (9) continua comum ao conjunto de dispositivos do sistema, uma unidade de botões (10) locais para intervenções diretas ao sistema, um sensor de temperatura ambiente (11), um transdutor acústico (12), um canal de comunicação local USB (13) e um analisador, designado detetor de silêncio (8), integrado no microprocessador (1), para atuar automaticamente e monitorizar remotamente estações de radiodifusão.